Литье керамики под давлением (CIM)
Литье под давлением керамики (CIM) — это эффективная производственная технология, предназначенная для массового производства прецизионных керамических деталей со сложной геометрией. Процесс имеет сходство с литьем под давлением металла (MIM) и включает пять основных этапов: смешивание, литье под давлением, удаление связующего и спекание, а также последующую обработку.
CIM широко ценится в различных инженерных приложениях благодаря своей способности использовать передовые керамические материалы, такие как оксид алюминия, цирконий, циркониевый упрочненный оксид алюминия (ZTA) и шпинель. Эти материалы обладают исключительными свойствами, включая химическую инертность, высокую температурную стабильность, износостойкость и отличную электроизоляцию. Сочетание универсальности материала и точности изготовления делает CIM идеальным для приложений, требующих долговечности и сложных конструктивных особенностей.
Процесс литья керамики под давлением (CIM)
FeedStock
Первым этапом процесса CIM является смешивание керамического порошка со связующим веществом для образования однородного сырья (чаще всего используется оксид циркония). Сырье должно обладать хорошей текучестью для последующего литья под давлением. Точный контроль этого этапа напрямую влияет на однородность и производительность конечного продукта.
Формование
Смешанное керамическое порошковое металлургическое сырье впрыскивается в форму для формирования исходного компонента, называемого «зеленым телом». Зеленое тело обычно немного больше, чем конечный продукт, чтобы компенсировать неизбежную усадку в процессе спекания. Литье под давлением позволяет эффективно производить детали со сложной геометрией, что является одним из основных преимуществ технологии керамической порошковой металлургии.
Удаление привязки
После формования пластиковую заготовку необходимо обезжирить, чтобы удалить большую часть связующего вещества из сырья. В результате этого процесса получается промежуточный продукт, называемый «коричневой деталью». Коричневая деталь имеет базовую форму, но обладает меньшей прочностью и требует дальнейшей обработки для достижения конечных свойств.
Спекание
Спекание является ключевым этапом в процессе керамической порошковой металлургии. При нагревании заготовки до температуры, близкой к температуре плавления металла, удаляется остаточное связующее вещество и материал уплотняется. Спеченные детали близки к конечному размеру и обладают требуемыми физическими свойствами и механической прочностью. Этот процесс определяет конечную плотность и геометрическую точность изделия.
Годовой объем производства деталей
Завершенные индивидуальные проекты
Скорость своевременной доставки
Преимущества технологии CIM
Крупносерийное производство
Подходит для быстрого и эффективного производства большого количества деталей.
Сокращение отходов материалов
Минимальные отходы материала благодаря точности процесса.
Сложная геометрия
Возможность создания деталей сложной формы, которые трудно или невозможно изготовить традиционными методами.
Превосходная производительность
Детали, произведенные методом CIM, обладают превосходными механическими свойствами и долговечностью.
Медицинская промышленность
Керамика обладает множеством преимуществ, полезных для медицинской промышленности, таких как инертность, нетоксичность, высокая твердость, высокая прочность на сжатие, низкий коэффициент трения, износостойкость, химическая стойкость, стерильность, из нее можно изготавливать детали с различной пористостью, она имеет высокую эстетичность и долговечность.
Хрупкость керамики была снижена за счет внедрения керамических композитов и наноструктурированных материалов, а также за счет процессов обработки, таких как горячее изостатическое прессование. Керамические покрытия также рассматриваются в случаях, когда требуется механическая прочность и жесткость подложки.
Оптическая промышленность
Технология керамической порошковой металлургии (CIM) также имеет широкий спектр применения в области оптики. Подобно металлургии металлических порошков, CIM подходит для изготовления оптических структурных деталей или вспомогательных деталей, таких как оптические кронштейны, корпуса и элементы рассеивания тепла, но благодаря характеристикам керамических материалов она демонстрирует некоторые уникальные преимущества при прямом производстве оптических основных компонентов.
Керамические материалы, такие как оксид циркония, оксид алюминия или карбид кремния, широко используются в производстве оптического оборудования благодаря их превосходной износостойкости, коррозионной стойкости и высокой твердости. Выбирая специальные керамические порошки, такие как оксид магния или нитрид алюминия с превосходным светопропусканием, технология CIM может удовлетворить требования оптического оборудования к легкости, высокой прочности и высокой химической стойкости.
Полупроводниковая промышленность
Технология керамической порошковой металлургии (CIM) имеет уникальные преимущества в области полупроводников, особенно для производства небольших структурных деталей сложной формы, таких как кронштейны, крепления и корпуса. Эти детали обычно требуют высокой прочности, высокой твердости и превосходной коррозионной стойкости, в то время как керамические материалы, такие как оксид алюминия и нитрид кремния, могут обеспечить превосходную стойкость к высоким температурам и химическую стабильность. В то же время электроизоляционные свойства керамики делают ее идеальным выбором для изолирующих деталей (таких как защитные рукава и основания проводов), отвечая строгим требованиям полупроводникового оборудования к эксплуатационным характеристикам материалов.
Полупроводниковая промышленность предъявляет чрезвычайно строгие требования к шероховатости поверхности деталей (обычно Ra 0,1~0,2 мкм) для предотвращения загрязнения частицами. Технология CIM позволяет достичь высокой точности размеров за счет прецизионного формования и спекания, но требует последующей полировки или обработки поверхности для достижения сверхнизкой шероховатости. Хотя некоторые затраты могут быть увеличены, CIM по-прежнему экономически эффективен при массовом производстве стандартизированных деталей и является идеальным решением для удовлетворения высоких требований к производительности и надежности полупроводникового оборудования.
3C Электронная промышленность
Процесс CIM очень подходит для производства небольших, сложных и высокоточных деталей в электронной промышленности 3C. Он имеет значительные преимущества в массовом производстве, легком весе и эстетике поверхности и широко используется в таких продуктах 3C, как смартфоны, умные носимые устройства и ноутбуки. Слоты для карт, кнопки, кронштейны и другие компоненты.
Однако детали с особыми требованиями к эксплуатационным характеристикам (например, высокая проводимость или экстремальный блеск) могут потребовать комбинирования с другими процессами.
Автомобильная промышленность
Хотя обработка на станках с ЧПУ и литье под давлением по-прежнему доминируют в автомобильной промышленности, процессы литья керамики под давлением (CIM) часто имеют преимущества для многих небольших и сложных деталей. Например, такие критические компоненты, как направляющие клапанов, уплотнения, изоляторы, корпуса датчиков и компоненты тормозной системы, больше подходят для производства с помощью процессов CIM, поскольку позволяют добиться легкости, сложной геометрии и отличных термических и механических свойств.
Высокая эффективность и стабильность качества процесса CIM в массовом производстве позволяют ему соответствовать строгим требованиям автомобильной промышленности к высокой точности, высокой прочности и износостойкости. Благодаря своей гибкости в работе с передовыми керамическими материалами и индивидуальными формулами CIM предоставляет производителям большую свободу проектирования, помогая инновационным компонентам быстро проходить процесс утверждения производственных деталей (PPAP) и ускорять разработку и запуск новых моделей автомобилей.
Часто задаваемые вопросы о литье керамики под давлением
Что такое литье керамики под давлением (CIM)?
CIM — это производственный процесс, который сочетает в себе универсальность литья пластмасс под давлением с прочностью и производительностью керамических материалов. Он используется для производства небольших, сложных, высокоточных керамических деталей в больших количествах.
Какие материалы используются в CIM?
- Оксид алюминия (Al₂O₃): Отличная твердость и износостойкость.
- Цирконий (ZrO₂): Высокая прочность, ударная вязкость и термическая стабильность.
- Нитрид кремния (Si₃N₄): исключительные механические свойства и устойчивость к высоким температурам.
- Нитрид алюминия (AlN): превосходная теплопроводность и электроизоляция.
В каких отраслях используются компоненты CIM?
- Медицина: хирургические инструменты, имплантаты и стоматологические компоненты.
- Полупроводники: изоляторы, арматура и прецизионные корпуса.
- Оптика: линзы, прецизионные кронштейны и корпуса для оптических систем.
- Автомобилестроение: датчики, топливные форсунки и износостойкие компоненты.
- Бытовая электроника: детали носимых устройств, оптические компоненты и корпуса.
Каких допусков можно достичь с помощью CIM?
TOL ±1мкм, Ra≤0,01
Как начать использовать CIM в своем проекте?
Работайте с производителями CIM для оценки осуществимости, выбора материалов и инструментов проектирования. Фаза прототипа проверяет дизайн перед переходом к массовому производству.